[发明专利]一种降低流速剖面仪信号处理单元功耗的方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及数字信号处理技术和超声波技术，尤其涉及一种降低流速剖面仪信号处理单元功耗的方法及装置。

背景技术

在河流水文测验工作中，流速的测量是项很重要的工作，过去，一般都采用单点式流速仪（如机械式流速仪，电接式流速仪等）逐一的对各条测流垂线进行点流速测量，然后根据流速面积法换算出整个断面的流量，这种测验方法其测量精度虽然能够满足水文测验规范的要求，但历时时间长，工作强度大，是其很大的弊端。

声学多普勒流速剖面仪（英文简称ADCP）是利用声学多普勒效应进行测流的。从设备的换能器中发出一定频率的脉冲，当该脉冲碰到水中的发射物体（如悬浮物质）后产生回波信号，该回波信号被声学多普勒流速剖面仪接收。悬浮物质是会随水流而漂移，从而产生多普勒频移（即回波信号的频率与发射的频率之间产生一个频差），通过测量得到多普勒频移即可得到相应测点的流速。

流速剖面仪信号处理单元正是对回波信号的处理的装置，拥有较大的数据吞吐量和较高的工作频率，这就造成了处理单元的功耗很大，产生的热量不易散开。但是，测量流速的工作周期是间断性的，不需要流速剖面仪信号处理单元工作在连续时间内。利用单片机来控制大数据处理的处理器FPGA以及前端回波信号采集的工作时间，可以有效的降低整个单元的功耗，而不影响正常工作。

发明内容

本发明要克服流速剖面仪信号处理单元工作时功耗较大的缺陷，提出一种降低流速剖面仪信号处理单元功耗的方法及装置，解决现有的流速剖面仪信号处理单元利用率低，能耗浪费大的问题。

为了解决上述缺陷，本发明提供了一种降低流速剖面仪信号处理单元功耗的方法，包括：

(1)流速剖面仪信号处理单元上电时，从处理器（110）启动工作，主处理器（120）处于睡眠状态，即断电不工作状态；流速剖面仪信号处理单元的其他模块不开启工作模式，等待从处理器（110）的启动命令；

(2)从处理器（110）处在待机工作状态，管理电源模块（130）、通信模块（140）、信号采集模块（150）和控制信号模块（160）的上电或断电状态；

(3)从处理器（110）实时进行时钟更新，判断是否到预设的时间点t_set。当到达设定的时间点t_set时，对各个模块上电初始化；

(4)待流速剖面仪信号处理单元稳定后，从处理器（110）向主处理器（120）发送启动命令。主处理器（120）开始工作，发射声波信号开始的数字信号，并等待接收反射声波，启动流速剖面仪信号处理单元的信号采集模块（150）；

(5)主处理器（120）对采集到的声波信号进行信号变换和信号处理。从处理器此时进行休眠，可以接收来自主处理器（120）中断命令，信号处理单元各个信号交由主处理器（120）进行实时处理；

(6)存储处理后的信号采集数据，一次采集和处理过程结束。主处理器（120）向从处理器（110）发送工作完成指令，从处理器（110）由休眠状态进入待机工作状态，并关断主处理器（120）和其他模块的电源；

(7)重复步骤(1)到步骤(6)，即完成一个工作周期。

其中，步骤（3）所述的实时时钟更新是对小功率的时钟芯片上的时钟格式进行读取。设定的时间点由具体水流环境决定，时间数据在信号处理单元使用前被设置存储在从处理器（110）的片内Flash内。

接着，步骤（4）所述的从处理器（110）向主处理器（120）发送采集命令中，包含了工作模式、系统运行参数、剖面层数设置、异常处理、校验方式等信息。

进一步，功耗较大的信号采集模块（150）和主处理器（120）进行间歇性的工作，未到设置时间点的空闲时段内只有超低功耗的从处理器（110）工作，从而达到节能的作用。

为了实现上述方法，设计一种降低流速剖面仪信号处理单元功耗的装置，包括：从处理器（110）、主处理器（120）、电源模块（130）、通信模块（140）、信号采集模块（150）、控制信号模块（160）、存储模块（170）。

优选地，从处理器（110）是单片机处理器，流速剖面仪信号处理单元上电时，从处理器（110）启动工作，流速剖面仪信号处理单元的其他模块不开启工作模式，在低功耗的休眠期间接收主处理器（120）的唤醒命令，并且，从处理器需要从时钟芯片上读取时间，更新实时时钟；